[发明专利]太阳能LED照明系统的恒流滑模变结构控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子应用技术及新能源应用发电技术领域，尤其适用在太阳能LED照 明系统中，广泛用在市政工程，道路、庭院、室内等照明场所，满足智能照明控制、智能 充电及能量管理、高效节能等要求。

背景技术

传统的大多使用高压钠灯、节能灯等传统电光源。半导体发光二极管(Light-Emitting  Diode，LED)，被誉为“21世纪新光源”，是继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯(HID) 之后的“第四代光源”。

目前，LED正开始成为光伏照明系统的理想电光源。光伏照明系统对电光源的性能有特 殊要求：光伏阵列本身价格昂贵，光电转换效率不高，因此电光源就要尽量提高能源利用 效率，降低用电功耗，做到节能高效；其次，光伏照明系统大都工作在室外和偏远地区， 如果经常性的维修和更换电光源，会造成很大的不便，这就要求电光源的可靠性高，寿命 长；而且要尽量使电光源对环境的污染降到最小程度。

LED具有发光效率高、寿命长、起动时间短、无高压启辉过程、结构牢固、不含汞和铅 等重金属、不发出紫外线等诸多优点，如表1所示。

目前LED供电电路控制系统存在着三个主要的问题：第一，放电过程不合理导致蓄电 池寿命较短；第二，LED老化严重，寿命难以达到理论预期值；第三，LED光通量闪动。其 中第一、第二点问题涉及到LED的控制策略，第二、第三点与LED的具体控制算法有关。

传统的PID控制，如单电流环(SCL)控制算法、双电流环+前馈(DCLF)控制算法等， 或者选取的控制参数太少，控制精度和抗干扰性差，或者选取多个控制参数，带来参数整 定复杂、受系统影响较大的问题。

根据以上不足，非常合适采用LED不同温度段进行分段恒电流控制方法(SCC)，即根 据LED不同温度下对应的不同的特性曲线，选择合适的电流参考值进行控制。而滑模变结 构控制方法，具有独特的不同参考值选取能力，应用于太阳能供电下的LED照明系统中， 对非线性负载LED进行分段恒流控制非常适合。

滑模变结构控制(Sliding Mode Control，SMC)是变结构控制系统的一种控制方法。 这种控制方法与常规控制的根本区别在于控制的不连续性，即一种使系统“结构”随时变 化的开关特性。该控制特性可以迫使系统在一定条件下沿规定的状态轨迹作小幅度、高频 率的上下运动，即滑动模态或“滑模”运动，如图1所示。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止LED老化、保持LED平稳发光、延长LED使用寿命、延 长蓄电池使用寿命、抗干扰性强、动态及稳态响应快和控制简单等特点的太阳能LED照明 系统的新型控制方法。该发明应用于太阳能LED照明控制系统，具有独特的优越性。

本发明的特征在于，所述方法依次含有以下步骤：

步骤(1)，设计一个用于LED照明的Boost主电路。

所述Boost主电路含有：蓄电池E、电感L、电容C、二极管D、MOSFET开关S、第一 电流传感器、第二电流传感器、电压传感器、LED以及用于测量所述LED环境温度的温度传 感器，其中：

所述蓄电池E的正极依次串接所述电感L、第一电流传感器、二极管D、第二电流 传感器和LED后返回该蓄电池负极，直接地构成一个所述Boost主电路的主回路，所述 电容C直接连接于所述第二电流传感器和LED的负极之间，所述MOSFET开关S直接连 接于所述二极管正极和电容C之间；

所述电压传感器输出所述蓄电池的端电压E_in信号；

所述第一电流传感器输出电感电流i_L信号；

所述第二电流传感器输出流过所述LED的电流i_LED信；

所述温度传感器输出所述LED的环境温度T；

步骤(2)，在DSP控制器中设立以下模块：按LED的不同环境温度段进行分段恒流控 制用的SCC模块、滑模面计算模块、饱和函数模块、控制模块以及脉宽调制模块，其中：

所述SCC模块，设有LED环境温度与LED电流参考值I_ref的映射表，输入是环境温 度，输出是LED电流参考值I_ref；